JP3286052B2 - ブラシレスモータの制御回路 - Google Patents

ブラシレスモータの制御回路

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JP3286052B2 JP34744093A JP34744093A JP3286052B2 JP 3286052 B2 JP3286052 B2 JP 3286052B2 JP 34744093 A JP34744093 A JP 34744093A JP 34744093 A JP34744093 A JP 34744093A JP 3286052 B2 JP3286052 B2 JP 3286052B2
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一彦 丸田
克也 重松
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータの制
御回路に関し、特に、制動時の電源への電力回生を防止
できると共に、その制動力を可変制御できるブラシレス
モータの制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ブラシレスモータは、複数のスイッチン
グ素子から構成される駆動回路により電力供給され、こ
れらスイッチング素子をオン・オフ制御する信号をチョ
ッパ制御するPWM制御により速度制御が行われるのが
一般的である。
【0003】ここで図2は、3相ブラシレスモータの各
相コイルへ電流を供給するための駆動回路の概略を示す
電気回路図である。スター結線されたU相コイル6、V
相7、W相8は、それぞれ出力端子10〜12を介して
図に破線で囲まれた駆動回路9内のスイッチング素子で
ある複数の電界効果トランジスタ(以下、FETと称
す)に接続されている。そして、図示されない電源の両
端子が接続された電源端子13と接地端子14との間に
は、FET15のドレインD−ソースS及びFET16
のドレインD−ソースSがこの順に接続されている。そ
してFET15のソースSとFET16のドレインDと
のノードには、出力端子10を介してU相コイル6の一
方の端子に接続されている。また、端子13と14との
間にはFET17のドレインD−ソースS及びFET1
8のドレインD−ソースSがこの順に接続されている。
そしてFET17のソースSとFET18のドレインD
とのノードには、出力端子11を介してV相コイル7の
一方の端子に接続されている。同様に、端子13と14
との間にはFET19のドレインD−ソースS及びFE
T20のドレインD−ソースSがこの順に接続されてい
る。そしてFET19のソースSとFET20のドレイ
ンDとのノードには、出力端子12を介してW相コイル
7の一方の端子に接続されている。そして、各FET1
5〜20のドレインD−ソースS間には、ダイオード2
1〜26がそれぞれ逆方向に並列接続されている。
【0004】このようにして構成された駆動回路9内の
各FET15〜20をオン・オフ制御し、各相コイル6
〜8に流れる電流を転流することで、モータを回転制御
している。例えば、このモータを駆動させる場合には、
図3に示されるように、ロータの位置検出信号IHu、
IHv、IHwに対して各FET15〜20のゲートG
が接続された各端子U+、U−、V+、V−、W+、W
−に図示されない制御手段よりイ〜ヘの各モードに従っ
て駆動信号を供給し、この駆動信号をPWM制御するこ
とで各相コイル6〜8に通電される電流を制御してモー
タ回転数を制御するようにされている。
【0005】また、上記PWM制御によるモータの制動
時には、ハイサイドのFET15、17、19を全てオ
フとし、コイルに制動電流が流れるようにローサイドの
FET16、18、20をオンすることでコイルを短絡
状態にし、電磁作用によって発生する制動電流により制
動力を確保している。更に図4に示されるように、コイ
ル毎に流れる制動電流Iu、Iv、Iwが正の成分(図
2に矢印A方向に流れる電流)であるとき、例えばコイ
ル6に正の成分の制動電流が流れている際にFET16
を遮断すれば、電流の遮断による大きな逆起電圧が電源
に対して並列に発生し、これにより電源に電力を回生す
ることで充電を行うようにされている。
【0006】しかしながら、前述の制御にあっては制動
と充電を個別に制御しようとする際に、例えば過充電の
虞がある場合には制動力のみを確保し充電を行う必要が
ないことから、正の成分の制動電流が流れているFET
をオフさせないように100%のデューティーサイクル
をもって制御する必要がある。制動力は制動電流の流れ
ている時間に比例することから、即ち各コイルに蓄えら
れる電気エネルギーに応じて変化するものであることか
ら、100%のデューティーサイクルで制御することは
制動力も一定となってしまい、速度制御上不都合さが生
じてくる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、制動の際に電力回
生を防止でき、かつ制動力を可変できるブラシレスモー
タの制御回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、ブラシレスモータの複数のコイルを選択さ
れた位相区間に渡って短絡状態としてモータの制動を制
御する制御回路であって、前記各コイルを選択的に短絡
状態とするためのスイッチング手段と、前記位相区間の
終点を概ね電力回生がなされない点に定め、この点に於
いて前記各コイルの短絡状態を解除するように前記スイ
ッチング手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手
段が、前記各コイルを短絡状態とすることにより発生す
る該コイル毎に流れる制動電流が負の成分又は概ね0に
なるときに該コイルの短絡状態を解除することを特徴と
するブラシレスモータの制御回路を提供することにより
達成される。そして、前記制御手段が、前記コイルの短
絡状態の開始点を変更するように前記スイッチング手段
を制御すればなお良い。
【0009】
【作用】このようにすれば、コイルに流れる制動電流が
概ね0の時にコイルの短絡状態を解除すれば、逆起電圧
が発生せず電力回生を行わずに済むし、また制動電流の
状態によっては電源に対して負の電流が発生するため、
この場合もまた電力回生を行わずに済む。更に、短絡状
態の開始点を可変することで制動電流が流れている時間
を可変制御すれば,制動力を可変可能に制御することが
できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
【0011】図1は、本発明が適用されたブラシレスモ
ータの制御回路の概略を示すブロック図であり、モータ
1へ電源2の電力を供給するためのスイッチング手段3
と、このスイッチング手段をオン・オフ制御するための
制御手段4と、モータ1のロータ(図示せず)の位置を
検出するためのロータ位置検出手段5とから構成されて
いる。
【0012】前記スイッチング手段3は、例えば3相ブ
ラシレスモータに適用した場合には図2に駆動回路9で
示されるように構成されるものであり、その説明は前述
した通りである。この駆動回路9を用いてモータを制動
させる場合について、図4、図5を参照しながら説明す
る。図4は、外部からモータを回転させて、駆動回路9
内の各FET15〜20を、ハイサイドに位置するFE
T15、17、19を全てオフとし、ローサイドに位置
するFET16、18、20を、(a)に於いては全て
オンとしたとき、(b)に於いてはFET16、18を
オンとしFET20をオフとしたとき、(c)に於いて
はFET16のみをオンとし他のFETは全てオフとし
たときの、各相コイルに流れる制動電流の波形をそれぞ
れ出力端子10〜12で観測し、かつそれぞれの場合に
於けるロータ位置を電気的に示した信号IHuと共に示
す図である。
【0013】先ず、図4(a)に示すように、各出力端
子10〜12には互いに(2/3)πの位相差をもって
流れる交流の制動電流Iu、Iv、Iwが流れており、
その発生原理については明かであることから説明は省略
する。いま、出力端子10を流れる制動電流Iuについ
て着目してみる。図に示す区間Aでは負の制動電流とな
っている。この区間Aに於いてFET16をオフしても
電源に対して負の電流が発生することから、電力の回生
は行われない。次に図4(b)に示す場合には、区間B
で負の制動電流となる。この区間Bは前記区間Aに比べ
て短く、その振幅も小さくなっている。この場合も同様
に区間Bに於いてFET16をオフすれば電力の回生は
行われない。更に図4(c)に示す場合には、区間Cに
於いて制動電流が0となっている。これはFET18、
20がオフであることから、負方向に対しては電流が流
れないからである。よって区間Cに於いてFET16を
オフとすれば逆起電圧は発生せず、よって電力回生も行
われない。
【0014】制動時のFET16、18、20のオン・
オフ状態は上記した3つのパターンにより検証されてい
ることから、その結果を考察すると区間Cは区間Aにも
区間Bにも含まれることがわかる。よってこの区間Cに
於いてFET16をオフするように制御すれば、電源へ
の電力回生は行われないこととなる。他のFET18、
20についても同様のことが言え、各コイル6〜8は互
いに(2/3)πの位相角をもって巻線されていること
から、FET18の場合には、FET16のオフポイン
トから(2/3)π遅れてオフすればよく、FET20
の場合には更に(2/3)π遅れてオフすれば電力回生
が行われずに済むわけである。
【0015】さて、具体的に制御するにあたって、制動
電流は各コイル6〜8と図示されない永久磁石との電磁
作用により発生するものであるから、FET16、1
8、20をオフするポイントはロータ位置によって決定
され、それは回転速度によって多少のずれを生じるもの
のモータ設計段階で固定されるものである。したがっ
て、ロータの位置を検出しかつ検出結果を電気信号とし
て出力できるロータ位置検出手段5を設け、即ちFET
16、18、20をオフするポイントに於いてエッジ信
号を出力するようなホール素子をそれぞれに対応して設
けることにより実現できる。本実施例では、ロータに永
久磁石を、ステータに界磁巻線を備える回転界磁形のブ
ラシレスモータを採用していることから、図示はされて
いないがステータの適宜位置に互いに120度の間隔を
もって3つのホール素子が設けられている。
【0016】図5にロータ位置検出手段5から出力され
る信号の波形図を示す。ロータ位置検出手段であるホー
ル素子は、各端子10〜12を流れる制動電流に対応し
て互いに位相差が(2/3)πづつ異なるエッジ信号I
Hu、IHv、IHwを制御手段4に出力する。ロータ
位置検出手段5からの信号を受けた制御手段4では、制
動時の各FET16、18、20のオフポイントを各ホ
ール素子からの立ち上がりエッジ信号をもって行うよう
に、各FET16、18、20のゲートU−、V−、W
−に信号を供給するようになっている。この時の位置信
号IHu、IHv、IHwと各FET16、18、20
のゲートへの供給信号は図3の駆動状態とは異なる。
【0017】制御手段4より位置信号に同期してローサ
イドに位置する各FETをオン・オフ制御することによ
り、電源への電力の回生を行うことなくモータを制動さ
せることができる。具体的には、図6に示すようにハイ
サイドのFET15、17、19をオフ状態とし、ロー
サイドのFET、例えばFET16がオンしている場合
には位置信号IHvが立ち上がった時点でこのFET1
6をオフし、FET18には位置信号IHwが、FET
20には位置信号IHuというように、それぞれ対応す
る位置信号が立ち上がった時点でオフするように制御す
る。したがって、ローサイドの各FET16、18、2
0をオフする際には、それぞれ対応する各端子10〜1
2には電流が流れていないか或いは負の成分の電流が流
れている状態であることから、逆起電圧は発生しないか
或いは発生しても電源に対して負の電流が発生すること
から、電力回生を行わずに済む。
【0018】また、制動力は機械的な要素を除き電気的
には各コイルに蓄えられる電気エネルギーに応じて変化
するものであり、即ちこの場合制動電流の流れている時
間に応じて変化するものである。したがって、図6に区
間Dで示すように各FETをオンする開始点を変更する
ことで、例えばオンからオフまでの時間を長くすること
で制動力を大きくでき、逆に時間を短くすることで小さ
な制動力を得ることができ、いかなる時も各FET1
6、18、20、をオフする際には電流が流れていない
か或いは負の成分の電流が流れている状態であることか
ら、電力回生を行うことなく制動力を可変制御すること
ができる。
【0019】
【発明の効果】このように本発明によれば、制動電流が
流れていないか或いは負の成分の電流が流れている状態
でコイルの短絡状態を解除することができるため、電力
回生を行わずに制動でき、しかも短絡状態の開始点を可
変とすることでコイルへの通電状態を変化させて制動力
を調整することができる。したがって、無充電でかつ制
動力を可変可能に制御できることから、その効果は大で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたブラシレスモータの制御回
路の概略を示すブロック図である。
【図2】3相ブラシレスモータの各コイルへ電流を供給
するための駆動回路の概略を示す電気回路図である。
【図3】図2のモータの駆動時の各スイッチング素子に
供給される信号の状態を示す転流モード図及びその波形
図である。
【図4】図2のモータの制動時に各端子で観測される波
形を示す波形図である。
【図5】図2のモータの制動時のロータの位置を電気的
に示した図である。
【図6】図2のモータの制動時の各スイッチング素子に
供給される波形図である。
【符号の説明】
1 モータ 2 電源 3 スイッチング素子 4 制御手段 5 ロータ位置検出手段 6 U相コイル 7 V相コイル 8 W相コイル 9 駆動回路 10〜12 出力端子 13 電源端子 14 接地端子 15、17、19 ハイサイドFET 16、18、20 ローサイドFET 21〜26 ダイオード
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−64304(JP,A) 特開 平5−122982(JP,A) 特開 昭58−19180(JP,A) 特開 平5−137377(JP,A) 特開 平1−190286(JP,A) 特開 平3−36987(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/24 H02P 6/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブラシレスモータの複数のコイルを選
    択された位相区間に渡って短絡状態としてモータの制動
    を制御する制御回路であって、 前記各コイルを選択的に短絡状態とするためのスイッチ
    ング手段と、 前記位相区間の終点を概ね電力回生がなされない点に定
    め、この点に於いて前記各コイルの短絡状態を解除する
    ように前記スイッチング手段を制御する制御手段とを有
    し、 前記制御手段が、前記各コイルを短絡状態とすることに
    より発生する該コイル毎に流れる制動電流が負の成分又
    は概ね0になるときに該コイルの短絡状態を解除 するこ
    とを特徴とするブラシレスモータの制御回路。
  2. 【請求項2】 前記制御手段が、前記コイルの短絡状態
    の開始点を変更するように前記スイッチング手段を制御
    することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモー
    タの制御回路。
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JP5981219B2 (ja) 2012-05-18 2016-08-31 株式会社マキタ 3相ブラシレスモータの制動装置及び電気機器
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